一種基于加速度傳感器的機動車制動性能監測系統

　　RG=100 kΩ/(G-1)

　　踏板力傳感器信號調理電路如圖3所示。

　　1.4 微控制器選型

　　為了設備能夠在多種情景下工作，采用兩路供電，通過開關選擇，一路由鋰電池供電，一路由汽車內部12 V DC直接供電。同時為了滿足持續監控的使用要求，選擇支持超低功耗的MSP430系列單片機，其擁有4種省電模式，其中LPM4的最低工作電流只有0.1μA，可以通過內部指令在不同工作模式下快速切換，因而MSP430系列單片機在電池供電的情況下擁有極大的優勢。

　　MSP430系列是16位混合信號處理器，其擁有豐富的片上外圍模塊，片內有硬件乘法器、兩個具有PWM功能的16位定時器、一個14路的12位的模數轉換器。MSP430可以提供內置參考電壓源(2.5 V)、一個看門狗定時器、兩路USART通信端口、一個比較器并且支持8 M的時鐘。同時

　　MSP430擁有豐富的具有中斷功能的I/O端口，并擁有大容量的Flash和RAM。

　　綜上所述，MSP430擁有的豐富資源可以簡化系統的電路設計，縮短開發時間，降低系統成本，其低功耗特性更是能夠提高系統的便攜性，因而使用其作為制動性能監測系統的處理器。

　　2 軟件及算法設計

　　系統以三軸加速度傳感器為核心，系統開機后從存儲器上讀取上次檢測后上位機發回的指令及數據存儲的末地址，在踏板力傳感器被踩下后，進入加速度數據與踏板力數據采集階段，并同時通過MSP430內部定時器對制動過程計時，采集數據的同時，記錄該數據的采集時間點。在制動過程完成后，通過相應的數據處理程序計算制動過程中的踏板力、平均制動減速度等參數并將測試數據發回到上位機進行數據分析、圖形化顯示及記錄等操作。下位機等待上位機的控制指令，收到指令后將之存儲于存儲器中，完成后返回預讀系統初值狀態，至此完成一次閉環檢測與上報。

　　2.1 系統主程序設計

　　軟件設計采取模塊化的思想，系統由數據采集模塊，系統控制模塊，數據傳輸模塊組成，系統流程圖如圖4。

　　2.2 數據處理算法設計

　　系統自踏板力傳感器檢測到壓力且超過閥值時開始采集加速度信號。由于踏板力在制動開始階段未達到最大值，故而在制動開始后，利用定時器開關中斷以10 Hz的頻率采集踏板力數據。同時從加速度傳感器讀取加速度數據。數據采集在連續采集到10組低于0.1g的加速度數據后停止，進入數據處理流程，計算制動初速度，平均制動減速度，制動距離等參數。

　　機動車制動過程可以分成三個部分，如圖5所示，分別為t1：機械反應時間;t2：制動力增長時間;t3：制動力持續時間。機械反應時間t1以踏板力采集到踩踏的時間開始持續到制動力開始上升為止。制動力增長時間t2是指制動減速度由0上升到穩定制動階段所需要的時間。t2結束點作為制動力持續時間t3的開始點，由圖5可知在制動完成時，由于機動車前后輕微抖動，會產生負的加速度，將這個點作為制動完成點。

　　在機動車制動過程中，從制動踏板被踩下到制動生效有較長的制動準備時間，這給整個制動過程中的制動初速度，制動距離等變量帶來了較大的累積誤差。因而制動關鍵參數采取分段計算求得，從制動結束點向后數值積分。t1階段可以視為勻速運動故而S1=vD·t1，t2階段由于是變減速運動，故

　　但是根據實際檢測證明，在t2階段機動車也可以視為勻速運動。因而可以簡化運算S2=v0·t2，制動力持續階段也屬于變減速運動，同時在向后積分的情況下，存在誤差累積的情況且采樣速度較快時采樣間隔誤差也會對減速度大小造成較大誤差。因而采取N次平滑法，N次平滑后使采樣間隔△t基本相等，從而可以用累積求和的方法直接求出行進距離與初始速度。

　　2.3 上位機監測與處理程序

　　上位機系統采取B/S/S(Browser客戶端瀏覽器/WebServer網絡服務器/Database Server)結構設計。下位機通過3G網絡將測試數據以報文形式發送到服務器，經由服務器解碼處理后存入數據庫，同時系統管理員以及機動車駕駛人員可以通過不同級別賬戶登錄網頁實時查詢制動系統情況。在制動性能數據處于臨界值或者不合格時，將相應車輛信息加入警告窗口，并通知管理部門同時向駕駛人員發布報警短信，從而達到實時監控，將危險因素抑制于初發階段的目的。

　　3 結束語

　　文中設計了一個機動車制動性能監測系統，該系統基于3G網絡利用多維加速度傳感器等檢測出機動車制動過程中的平均制動減速度，制動時間，制動距離等關鍵參數并經由3G網絡向服務器發送檢測結果。為了簡化系統安裝使用，采用了高性能且低功耗的處理器設計成便攜便安裝結構，從而可以方便快捷地實時監測機動車的制動系統的安全狀態。系統具有功耗小，實時性強、安裝方便簡單、實用性強同時具有較好的經濟效益與社會效益，尤其對于降低因制動系統故障導致的交通事故數目具有較大的幫助。